5G低成本有源室分解決方案探討

錢 義，劉 震

（中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)的高頻段特點(diǎn)，室外基站難以對(duì)城市內(nèi)的高大密集樓宇內(nèi)部形成有效覆蓋。目前5G場(chǎng)景的具體應(yīng)用更多的發(fā)生在室內(nèi)，信號(hào)傳輸存在深度覆蓋難和技術(shù)成本高等問(wèn)題，不利于5G技術(shù)的大范圍推廣，基于實(shí)踐總結(jié)5G低成本有源室分解決方案，對(duì)于建設(shè)成本控制具有積極意義。

1 5G有源室分低成本建設(shè)的方案

深層覆蓋難度大和成本高是5G有源室分存在的主要問(wèn)題，結(jié)合當(dāng)前的實(shí)踐，要真正達(dá)到5G有源室分的低成本建設(shè)，需要強(qiáng)調(diào)以下幾方面[1]。

1.1 高規(guī)格及低規(guī)格的設(shè)備選型

在5G有源室分的低成本建設(shè)過(guò)程中，設(shè)備選型是非常重要的一項(xiàng)內(nèi)容[2]。結(jié)合實(shí)踐可知，在設(shè)備選型時(shí)可選用高規(guī)格設(shè)備，也可選用低規(guī)格設(shè)備，不過(guò)具體要選用何種設(shè)備還需基于5G覆蓋的具體場(chǎng)所來(lái)確定。有源設(shè)備高、低規(guī)格配置主要體現(xiàn)在設(shè)備硬件支持頻段與帶寬、軟件License數(shù)量配置上，相應(yīng)的設(shè)備造價(jià)也有區(qū)分。有源設(shè)備的高規(guī)格與低規(guī)格的選型在硬件和軟件上應(yīng)基于場(chǎng)景的類型與當(dāng)前用戶的需求，以實(shí)現(xiàn)低成本建設(shè)。

1.2 有源室分+無(wú)源天線方案

在5G有源室分的低成本建設(shè)實(shí)踐中，可以采用有源室分+無(wú)源天線的方案來(lái)達(dá)到具體目的[3]。在室內(nèi)隔斷較多、覆蓋和容量兼有的樓宇中，若采用純有源的5G室分解決方案，單個(gè)有源設(shè)備不能實(shí)現(xiàn)最大化覆蓋，容量?jī)?yōu)勢(shì)不能充分利用，不僅整體效果較差，而且投資也會(huì)明顯加大，如圖1所示。

圖1 純有源方案

采用有源室分+無(wú)源天線方案，可以通過(guò)3.5/4.9 GHz大寬帶有源室分來(lái)滿足速率與容量方面的具體需求，如圖2所示。利用外接無(wú)源天線降低對(duì)pRRU（微型射頻拉遠(yuǎn)單元）的設(shè)備需求，并延伸到房間內(nèi)以抵消墻貼穿透損害，這樣可以達(dá)到滿足覆蓋的具體要求。實(shí)際場(chǎng)景中，集體宿舍樓、賓館、醫(yī)院住院樓等樓宇隔斷多、用戶密集，多呈對(duì)稱式布局結(jié)構(gòu)。

圖2 有源+無(wú)源天線方案

以某五星級(jí)高檔酒店為例，酒店房間縱深達(dá)8 m，走廊兩側(cè)為酒店房間，且隔斷均為磚墻結(jié)構(gòu)。考慮酒店的重要性且人員分布較多，客房覆蓋需采用有源覆蓋，共有22個(gè)客房。天線或信源點(diǎn)位需布放至房間內(nèi)才能滿足信號(hào)覆蓋要求。有以下兩種方案，如表1所示。

表1 兩種方案與造價(jià)對(duì)比

方案一：純有源進(jìn)行覆蓋，共需布放pRRU有源設(shè)備22臺(tái)。

方案二：有源+無(wú)源天線方案，共需布放5臺(tái)pRRU、22個(gè)吸頂天線。

通過(guò)對(duì)兩種方案進(jìn)行對(duì)比，采用有源+無(wú)源外接天線方案時(shí)，工程造價(jià)大幅降低。結(jié)合實(shí)踐分析，不同的室內(nèi)環(huán)境對(duì)速率與容量的要求不同，因此在實(shí)踐中可以將pRRU設(shè)備的外界射頻端口等進(jìn)行組合調(diào)整與優(yōu)化，從而使具體方案更具針對(duì)性，這樣最終方案實(shí)施效果會(huì)更加突出。

1.3 覆蓋規(guī)劃和容量規(guī)劃分析

在5G有源室分建設(shè)中，為達(dá)到深層覆蓋和低成本的目的，需要強(qiáng)調(diào)覆蓋規(guī)劃和容量規(guī)劃[4]。目前需要針對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行用戶需求的估算，在用戶需求估算的基礎(chǔ)上結(jié)合信號(hào)傳遞的具體需要對(duì)覆蓋進(jìn)行規(guī)劃，同時(shí)對(duì)容量的范圍進(jìn)行確定。

1.4 工程應(yīng)用分析

以機(jī)場(chǎng)為例，多為鋼架結(jié)構(gòu)，室內(nèi)空曠無(wú)遮擋，大部分區(qū)域無(wú)天花板。此交通樞紐容量需求大，節(jié)假日與旅游旺季用戶密度大。

（1）值機(jī)大廳/候機(jī)大廳。值機(jī)大廳/候機(jī)大廳的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)是人流密集、網(wǎng)絡(luò)高負(fù)荷，尤其是節(jié)假日與旅游旺季。樓宇結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是頂部多為中空，挑高較高，樓板非常厚。基于網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以采用3G、4G以及5G多模內(nèi)置pRRU，改造場(chǎng)景也可疊加5G單模pRRU[5]。在方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上對(duì)天線功率設(shè)計(jì)進(jìn)行明確，具體結(jié)果為內(nèi)置pRRU輸出功率-5.2 dBm、信源間距25～35 m。在確定功率設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上對(duì)無(wú)線點(diǎn)位進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體方案為值機(jī)大廳天線安裝于值機(jī)島上方，候機(jī)大廳設(shè)備和天線可安裝于浮島商鋪屋頂或承重柱上。

（2）到達(dá)大廳。到達(dá)大廳的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)是飛機(jī)到達(dá)后人流密集、網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷高。樓宇結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是一般吊頂，樓板非常厚，到達(dá)大廳通道狹長(zhǎng)、無(wú)隔斷。基于網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以采用3G、4G以及5G多模內(nèi)置pRRU或5G單模pRRU。在此基礎(chǔ)上對(duì)天線功率設(shè)計(jì)進(jìn)行明確，內(nèi)置pRRU功率-5.2 dBm、間距25～35 m。在確定功率設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上對(duì)無(wú)線點(diǎn)位進(jìn)行設(shè)計(jì)，天線可安裝于室內(nèi)吊頂格板內(nèi)或天花板外，建議外露安裝。

（3）商業(yè)區(qū)/VIP區(qū)域。商業(yè)區(qū)/VIP區(qū)域的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)是人流密集、網(wǎng)絡(luò)高負(fù)荷高，VIP區(qū)域高價(jià)值用戶集中。樓宇結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是商業(yè)區(qū)多隔斷，VIP區(qū)域開闊空曠，一般吊頂，樓板非常厚。基于網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以采用3G、4G以及5G多模內(nèi)置pRRU或3G、4G以及5G多模外接波束賦型天線（商業(yè)區(qū)），改造場(chǎng)景可疊加5G單模pRRU。在此基礎(chǔ)上對(duì)天線功率設(shè)計(jì)進(jìn)行明確，內(nèi)置pRRU功率-5.2 dBm，外接天線口功率-8.2～-11.2 dBm。商業(yè)區(qū)內(nèi)置天線建議22～25 m、外接15～20 m，VIP區(qū)域一般內(nèi)置間距25～35 m、外接15～25 m。在確定功率設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上對(duì)無(wú)線點(diǎn)位進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體方案為商業(yè)區(qū)天線安裝于走道吊頂柵格板內(nèi)或天花板外（建議外露安裝），VIP區(qū)域天線安裝于室內(nèi)吊頂柵格板內(nèi)或天花板內(nèi)[6]。

（4）辦公區(qū)域。辦公區(qū)域的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)是人流集中，網(wǎng)絡(luò)高負(fù)荷。樓宇結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是多隔斷、樓板非常厚[7]。基于網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以采用NR3.5G RRU，單通道+錯(cuò)層MIMO/雙路耦合。在此基礎(chǔ)上對(duì)天線功率設(shè)計(jì)進(jìn)行明確，具體結(jié)果為天線優(yōu)先安裝在房間內(nèi)，出口功率-15～-18 dBm；其次安裝在走廊窗邊、門前，出口功率-10～-13 dBm。

（5）停機(jī)坪。停機(jī)坪的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)高負(fù)荷高，飛機(jī)起降階段人流量大。樓宇結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是機(jī)體金屬隔斷，飛機(jī)離航站樓一般50～100 m，機(jī)體穿透損耗大[8]。基于網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可采用功率較大的微站設(shè)備和4G、5G雙模PAD RRU/BookRRU/iMacro/EasyMacro。在此基礎(chǔ)上對(duì)天線功率設(shè)計(jì)進(jìn)行明確，1個(gè)廊橋設(shè)置1個(gè)點(diǎn)位，出口功率13.9 dBm。

2 新建低成本建設(shè)方案分析

在5G有源室分低成本建設(shè)方案的具體實(shí)施中，以下幾個(gè)方面的要素是不可忽略的。

（1）對(duì)5G有源室分的整體規(guī)劃[9]。整體規(guī)劃是具體方案建設(shè)的重要參考，只有在整體方案明確的情況下，更多細(xì)節(jié)工作的確定才會(huì)有方向性與目標(biāo)感。

（2）結(jié)合地理空間等特征對(duì)具體方案進(jìn)行優(yōu)化。就上文機(jī)場(chǎng)5G有源室分方案建設(shè)來(lái)看，不同區(qū)域存在著不同的空間特征，建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也不同，需要開展針對(duì)性的方案優(yōu)化[10]。

（3）對(duì)容量及覆蓋等進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃。在方案建設(shè)的過(guò)程中，可采用動(dòng)態(tài)模式進(jìn)行規(guī)劃分析，并通過(guò)仿真的手段進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)劃討論，有效提升規(guī)劃的科學(xué)性。

從造價(jià)成本上分析，5G室內(nèi)信號(hào)覆蓋采用無(wú)源分布系統(tǒng)平均造價(jià)要遠(yuǎn)低于有源分布系統(tǒng)方案。但是在商場(chǎng)、交通樞紐、大型場(chǎng)館等大容量需求場(chǎng)景，無(wú)源分布系統(tǒng)無(wú)法滿足。

3 結(jié) 論

5G技術(shù)在目前社會(huì)實(shí)踐中發(fā)揮著重要的作用，因此強(qiáng)調(diào)5G技術(shù)的應(yīng)用并解決5G技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中的建設(shè)投資成本等問(wèn)題具有重要意義。文章對(duì)5G有源室分的低成本建設(shè)進(jìn)行了具體分析，并以機(jī)場(chǎng)為例討論了5G有源室分的低成本建設(shè)方案，目的在于為相關(guān)研究提供參考。